Séquence 3 Les conditions de la vie, une particularité de la Terre ? - Sommaire - Forum FS Generation
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Séquence 3
Les conditions de la vie,
une particularité de la Terre ?
Sommaire
1. La Terre dans le système solaire
2. La vie ailleurs
3. Synthèse de la séquence
4. Exercices
Séquence 3 – SN20 1
© Cned – Académie en ligne
La Terre dans le système
1 solaire
Activité 1 Mobiliser les acquis
Questions En vous appuyant sur vos connaissances acquises en classe de
troisième, retrouvez l’âge des évènements terrestres listés dans la
colonne de droite du tableau ci-dessous.
Reliez par une flèche l’évènement et l’âge qui lui correspond.
À l’échelle des temps géologiques, l’unité de temps utilisée est le million
d’années (Ma). 1 millions d’années = 1Ma = 106 années.
Âge réel Évènements
• Extinctions massives (dont les dinosaures)
7 Ma • marquant le début de l’ère tertiaire ;
• Augmentation de la teneur en dioxygène
1000 Ma • de l’atmosphère ;
• Premières cellules à noyau ;
4600 Ma •
• Explosion du nombre d’espèces du
cambrien. Début de l’ère primaire ;
540 Ma •
• Formation des planètes du système
2700 Ma • solaire dont la Terre ;
• Premiers hommes modernes (homme de
65 Ma • Cro-Magnon) ;
• Plus anciennes traces de vie fossile
1800 Ma • (stromatolithes) attestant la présence de
cyanobactéries ;
100 000 ans • • Plus ancien représentant de la lignée
humaine (Toumai).
Appréhender des durées géologiques n’est pas aisé.
En prenant comme référence 365 jours = 4600 Ma, la représentation
ainsi construite permet de mieux saisir les durées séparant les diffé-
rents évènements.
Positionnez les évènements suivants sur le calendrier d’une année :
Extinctions massives (dont les dinosaures) marquant le début de
l’ère tertiaire ;
Premiers hommes modernes (hommes de Cro-Magnon) ;
Explosion du cambrien. Début de l’ère primaire ;
Plus ancien représentant de la lignée humaine (Toumai) ;
Plus anciennes traces de vie fossile (stromatolithes) attestant la
présence de cyanobactéries.
Séquence 3 – SN20 3
© Cned – Académie en ligne
Aide à la réalisation
Le système solaire s’est formé le 1err janvier et nous sommes le 31 décembre.
Une année représente donc 4600 Ma.
Chercher combien d’années (durée réelle) seront représentées par une journée de
notre calendrier fictif.
Les dinosaures ont disparu depuis 65 Ma. Combien de journées de notre calendrier
fictif, cette durée représente-t-elle ? Positionner l’évènement sur le calendrier.
Suivez la même démarche pour les 4 autres évènements.
Jan. Fév. Mars Avril Mai Juin
1 janvier
2009
O heures
Formation
des planètes
du système
solaire
Juillet Août Sept. Octobre Nov. Déc.
31 décembre,
23 heures,
59 minutes,
59 secondes
Maintenant
A Le système solaire, un ensemble
d’objets organisé
Activité 1 Extraire et organiser des informations
Document 1 Brève présentation des objets du système solaire
Le système solaire s’est formé il y a 4600 Ma à partir d’une nébuleuse,
c’est-à-dire un amas de poussière et de gaz.
4 Séquence 3 – SN20
© Cned – Académie en ligne
De nombreux objets en orbite Une étoile, le Soleil.
autour du Soleil
Au sein de notre galaxie, la Voie lactée, le Soleil n’est
Autour du soleil on trouve des
qu’une étoile parmi des milliards d’autres étoiles. C’est
planètes bien sûr, mais aussi des
plutôt une étoile petite et elle se situe dans un bras de
planètes naines, des comètes,
la galaxie, donc pas du tout au centre de celle-ci !
des astéroïdes et de nombreux
cailloux et poussières produits Comme les millions d’autres étoiles de la galaxie,
par les comètes et les collisions notre Soleil est formé de gaz dans lesquels se produi-
entre astéroïdes. sent des réactions thermonucléaires.
Cependant, malgré le nombre Ces réactions produisent lumière et chaleur qui éclai-
énorme de ces objets, du fait de rent et chauffent le système solaire, ou du moins, sa
son immensité, le système solaire partie la plus centrale.
peut sembler presque vide.
Le système solaire ne compte plus que 8 planètes
En 2006 l’union astronomique internationale a proposé de nouveaux critères pour définir une planète.
Une planète doit être en orbite autour du Soleil, être suffisamment massive pour que l’effet de
sa propre gravité lui confère une forme sphérique et elle doit avoir éliminé tout corps se dépla-
çant sur une orbite proche.
Au cours de ce congrès, Pluton ne
répondant pas au 3ème critère s’est
En orbite autour d’une planète : les satellites
vu déchu de son statut de planète et
fait partie d’une nouvelle catégorie On dénombre actuellement une centaine de satellites
d’objets célestes : les planètes nai- naturels dans le système solaire. Certains sont connus
nes. depuis plusieurs siècles et d’autres n’ont été décou-
Cela montre bien que les catégo- verts que récemment. Ils empruntent pour la plupart
ries dans lesquelles sont rangés les leur nom à la mythologie romaine. Outre la Lune,
différents objets célestes peuvent satellite bien connu de notre planète on peut citer Io,
subir des évolutions au gré des Europe, Ganymède, 3 des 16 satellites de Jupiter ou
explorations et des découvertes qui bien encore Titan qui gravite autour de Saturne.
continuent d’avoir lieu. Ces satellites suscitent l’intérêt des scientifiques.
Les planètes du système solaire
sont donc aujourd’hui : Mercure, Ainsi en 2005 après 7 années de voyage la sonde
Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Huygens a plongé dans l’atmosphère de Titan. Les
Uranus et Neptune. européens sont ainsi les premiers à explorer un astre
aussi lointain. Les images radar ont révélé la présence
d’enclaves remplies de méthane liquide autour du
Des planètes naines pôle nord de Titan. Plus récemment, des traces de
sodium détectées dans des particules de glace à la
Les trois premiers corps célestes surface d’Encelade, satellite de Saturne, pourraient
de notre système solaire entrant témoigner de la présence probable d’un océan d’eau
dans cette nouvelle catégorie liquide…
sont Cérès (auparavant classé
dans la catégorie des astéroï-
des), Pluton et Éris.
Séquence 3 – SN20 5
© Cned – Académie en ligneLes petits corps du système solaire : des messagers du passé
Vestiges des éléments qui il y a 4,5 milliard d’années ont formé le système solaire, peu défor-
més, ces objets célestes peuvent apporter des informations sur la formation et les premières
phases de l’évolution du système solaire et sont donc d’un intérêt majeur.
Les astéroïdes : de taille modeste
(700 km de diamètre pour les plus
importants) ces corps rocheux sont Tombées du ciel : les météorites.
des milliers à graviter autour du De nombreux grains rocheux, de taille millimétri-
Soleil sur des orbites situées entre que, centimétrique ou décimétrique, produits par les
Mars et Jupiter. comètes et les collisions entre astéroïdes « circulent »
Certains voient leurs trajectoires modi- dans l’espace interplanétaire, surtout entre les orbi-
fiées et peuvent recouper l’orbite de la tes de Mars et de Jupiter.
Terre : ce sont les géocroiseurs. Quand ces grains tombent à la surface d’une planète
Longtemps interprétés comme les res- on les appelle météorites.
tes d’une planète qui aurait explosé, Chaque année des centaines de tonnes de cette
les astéroïdes sont le reste du matériau matière extra-terrestre tombent sur la Terre…sans
primitif non aggloméré en planète. conséquence. En effet, les météorites sont souvent
Les comètes : aux confins du sys- détruites en entrant dans l’atmosphère, elles sont
tème solaire, à des milliards de km alors transformées en poussières, ou alors elles tom-
du soleil, dans le froid cosmique bent dans l’océan.
gravitent des milliards de comètes. Il y a 65 Ma une météorite a cependant percuté la
Elles sont rassemblées au sein d’un Terre dans ce qui allait devenir le Mexique, laissant
amas nommé le nuage d’Oort. un cratère de 200 km de diamètre.
Quand leur orbite est perturbée ces En 1980 a été formulée l’hypothèse que cette colli-
corps de taille modeste, constitués sion pourrait être à l’origine de la crise biologique qui
de glace, de gaz gelés, peuvent a considérablement réduit la diversité biologique à la
entrer dans la partie interne du sys- fin de l’ère secondaire.
tème solaire. C’est alors qu’elles se Une météorite de 1,3 kg nommée « Paris » a été
réchauffent et se vaporisent sous acquise par le Muséum d’Histoire Naturelle et présen-
l’effet de la chaleur solaire, créant tée à la télévision en février 2010.
une « chevelure » et une « queue » Formée à partir des mêmes éléments que ceux à l’ori-
visible depuis la Terre. gine des planètes, elle pourrait apporter aux scientifi-
ques de nombreuses informations nouvelles.
Questions Après lecture des articles ci
ci-dessus,
dessus positionnez sur le schéma
ci-dessous les éléments suivants : Soleil, ceinture d’astéroïdes,
comète, Terre, satellite, planète.
Document 2 :
Schéma simplifié
du système solaire
(les échelles de taille et de
distance n’ont pas été res-
pectées).
6 Séquence 3 – SN20
© Cned – Académie en ligne Retrouvez les termes scientifiques correspondant aux définitions sui-
vantes.
a) Corps non lumineux par lui-même en orbite autour d’une étoile.
b) Matériau primitif qui ne s’est jamais aggloméré en planète gravitant
autour du Soleil.
c) Fragments de matière pouvant percuter les planètes.
d) Corps céleste en orbite autour d’une planète.
e) Boule de gaz et de poussière dont l’orbite peut recouper celles des
planètes du système solaire.
f) Ensemble de centaines de milliards d’étoiles.
g) Astre formé de gaz émettant de la lumière.
h) Terme général regroupant les corps céleste de forme déterminée
Citer les moyens présentés dans ces textes permettant d’acquérir des
informations sur les objets du système solaire.
B Les particularités de la planète Terre
Mieux comprendre la planète sur laquelle nous vivons implique de s’in-
terroger sur son histoire qui s’inscrit dans celle de l’univers mais égale-
ment d’en saisir les particularités en la comparant aux autres planètes
du système solaire.
1. Comparer les planètes du système solaire
Activité 1 Savoir communiquer. Représenter des données sous forme graphique.
Utiliser un tableur.
Raisonner. Trier et organiser les données
Pour s’interroger
La distance Terre-Soleil = 150.106 Les scientifiques ont établi que
km est la distance de référence les planètes, ainsi que les autres
dans le système solaire. objets du système solaire,
s’étaient formés il y a 4600 Ma
Cette distance a été nommée unité à partir de matériaux issus d’une
astronomique. Le symbole est ua. même nébuleuse primitive.
1ua est donc égal à 150.106 km. Ces planètes se ressemblent-elles ?
Séquence 3 – SN20 7
© Cned – Académie en ligneDocument 3 Quelques caractéristiques physiques de 6 planètes du système solaire
Distance
Distance au Distance au Soleil Diamètre Masse volumique
au Soleil
Soleil (km) (millions km) équatorial (en km) moyenne (g.cm-3)
(ua)
Mercure 5,8.107
Vénus 1,08.108 12104 5,24
Terre 1,50.108 12796 5,52
Mars 2,28.108 6794 3,94
Jupiter 7,78 .108 142894 1,33
Saturne 1,42.109 120536 0,69
Uranus 2,870.109 51118 1,3
Neptune 4,49 .109
Questions Exprimez les distances Soleil-planètes en millions de km.
a) Complétez le document 3 en indiquant les distances Soleil-planètes
exprimées en ua ;
b) Quel est l’avantage de cette unité ?
Réaliser un graphique
Construisez un graphique, sur une feuille de papier millimétré, et position-
nez-y 6 planètes du système solaire, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne
et Uranus. En ordonnée, vous mettrez la masse volumique moyenne et en
abscisse leur distance au Soleil en abscisse(en unités astronomiques).
Aide à la réalisation
– Choisissez une échelle appropriée aux valeurs à placer ;
– Pour cela regardez les valeurs minimales et maximales ;
– Tracez les axes au crayon à papier ;
– Terminez ces axes par des flèches ;
– Placez sur les axes les unités et indiquez ce qu’elles représentent (par exemple
(an) ou (mn) pour un temps) ;
– Graduez les axes ;
– Indiquez au-dessus de chaque point, l’initiale de la planète qu’il représente ;
– Titrer votre graphique.
Réalisez la même représentation des 6 planètes Vénus, Terre, Mars, Ju-
piter, Saturne, Uranus en utilisant le logiciel Excel et en tenant compte
de 3 paramètres.
La distance au Soleil en ua en abscisse ;
La densité en ordonnée ;
Le troisième paramètre, le diamètre à l’équateur, sera représenté
par la taille de la bulle.
8 Séquence 3 – SN20
© Cned – Académie en ligneAide à la réalisation
Étape 1 : Saisir les données
– Ouvrir un fichier Excel.
– Entrer, dans les cellules, les données nécessaires.
Étape 2 : Réaliser le graphique
– Ouvrir l’assistant graphique
– Choisir graphique bulle e puis cliquez sur suivantt puis sériee puis ajouter.
À l’écran, on obtient :
– Données sources du graphique
Cliquez sur l’icône de Valeurs X
et sélectionnez les données à
placer en abscisse.
Même démarche pour les valeurs
que vous devez placer en ordon-
nées et la taille de la bulle.
A l’écran, on obtient :
puis terminez
– Cliquez sur suivant.
Séquence 3 – SN20 9
© Cned – Académie en ligneAide à la réalisation
Étape 3 : Améliorer la mise en forme
Les modifications que vous devez apporter :
• Faire commencer les axes à l’origine ;
• Indiquer ce que représente chaque axe ainsi que les unités retenues ;
• Titrer le graphique ;
• Supprimer le quadrillage principal ;
• Choisir une couleur par bulle et ajouter un effet 3D ;
• Indiquer à côté de chaque bulle le nom de la planète qu’elle représente.
Par un clic droit, vous accédez à des options qui permettent de modifier
la mise en forme. Il faut d’abord sélectionner les objets que l’on souhaite
modifier.
Quelques exemples d’applications.
Objet sélectionné
Options (clic droit) Applications
(clic gauche)
Axe Format de l’axe
Zone de traçage Options du graphique Titre/axe/quadrillage
Bulle
• 1 clic gauche Format de séries de • Étiquette de données
sélectionne toutes les données • Options (réduire
bulles taille des bulles)
• 2e clic gauche Format de séries de Motifs
sur la bulle que données
vous souhaitez
sélectionner.
Exploiter les A partir des résultats des questions et , constituez deux groupes
graphiques de planètes en précisant les critères retenus.
Point méthode. Classer Les données suivantes (docu-
ment 4) confirment-elles les
Pour classer et réaliser des groupes on utilise des cri- groupes constitués au cours de
tères. Les groupes réalisés dépendent donc des critè- la question précédente ? Argu-
res retenus. Tous les critères ne sont pas pertinents menter votre réponse.
d’un point de vue scientifique.
10 Séquence 3 – SN20
© Cned – Académie en ligneDocument 4 Composition chimique de 6 planètes du système solaire
Composition chimique
Seuls les atomes les plus abondants sont donnés
Mercure
Vénus Silicium (Si) Oxygène (O) Fer (Fe) Nickel (Ni)
Terre Silicium (Si) Oxygène (O) Fer (Fe) Nickel (Ni)
Mars Silicium (Si) Oxygène (O) Fer (Fe) Soufre (S)
Jupiter Hydrogène (H), Hélium (He)
Saturne Hydrogène (H) Hélium (He)
Uranus Hydrogène (H) Hélium (He), glace.
Neptune
Sachant que Tellus était le nom donné à la divinité symbole de la Terre chez
les romains, indiquer en exploitant les schémas ci-dessous et vos connais-
sances pourquoi Mars et Vénus sont qualifiées de planètes telluriques.
Document 5 Organisation interne de quelques planètes du système solaire
Vénus
Terre
Lithosphère (solide)
Manteau (solide) Jupiter
Noyau (liquide) Mars Hydrogène gazeux
Noyau (solide) Hydrogène liquide
Noyau rocheux (solide)
On a oublié sur les documents 3 et 4, les caractéristiques de Mercure
et de Neptune.
Quelles sont les caractéristiques physiques (taille, densité) attendues
pour ces deux planètes. On n’attend pas des chiffres précis mais un
ordre de grandeur (exemple : grande taille, densité faible…).
Même travail pour la composition chimique.
Argumentez vos réponses.
Vérifiez votre réponse en recherchant des informations dans une base
de données sur Internet. Complétez les documents 3 et 4.
Séquence 3 – SN20 11
© Cned – Académie en ligneÀ retenir
On peut distinguer deux groupes de planètes
Les planètes rocheuses sur lesquelles on peut marcher (surface solide) et
des planètes gazeuses.
Les planètes rocheuses encore qualifiées de telluriques sont de taille modeste
et de densité élevée. Elles occupent la partie interne du système solaire.
Les planètes gazeuses occupant la partie externe du système solaire sont
de faible densité et de grande taille.
2. L’atmosphère des planètes telluriques
a) L’atmosphère terrestre est essentielle à la vie
Activité 4 Mobiliser les acquis
Définition
L’atmosphère est une couche gazeuse qui entoure certains corps célestes,
planètes ou satellites de planètes. Elle est maintenue par gravité autour
de ces corps. L’atmosphère des planètes internes du système solaire s’est
formée par dégazage des masses rocheuses, après leur agrégation en pla-
nètes et durant leur refroidissement.
Document 6 Les manifestations de l’atmosphère sur la planète Terre
En février 2010, la tempête Xyn-
thia a durement touché la France.
Des rafales de vent de 160 km/h
ont été enregistrées sur le litto-
ral vendéen et charentais.
L’éruption du volcan islandais
Eyjafjöll, a projeté en avril 2010
des tonnes de microparticules
de silicates dans l’atmosphère.
Poussées par les vents ces micro-
particules ont touché l’Europe du
nord, paralysant le trafic aérien.
12 Séquence 3 – SN20
© Cned – Académie en ligneDocument 7 Quelques gaz (et leurs formules chimiques) présents dans l’atmosphère terrestre
Dioxyde de carbone : C0
2
Dioxygène : 0
2
Diazote : N
2
Méthane : CH
4
Vapeur d’eau : H O
2
Ozone : 0
3
Chlorofluorocarbures ou CFC
Questions Montrez que l’atmosphère terrestre est animée de mouvements.
Recherchez le rôle de l’ozone.
Montrez que la vie sur Terre est dépendante de la composition de l’at-
mosphère.
Recherchez le sens du mot «anthropique».
Recherchez quelques exemples qui illustrent l’affirmation «les activi-
tés anthropiques peuvent modifier la composition atmosphérique ».
Vous soulignerez également la fragilité de l’atmosphère.
À retenir
L’atmosphère terrestre se manifeste à nous par les mouvements qui l’ani-
ment, les vents.
L’apparition de la vie ainsi que son évolution est liée à l’atmosphère. Pas
de vie possible sans atmosphère.
La vie a également modifié l’atmosphère terrestre.
Toutes les planètes du système solaire possèdent-elles une
atmosphère ?
Quels sont les paramètres qui déterminent la présence éven-
tuelle d’une atmosphère ?
Séquence 3 – SN20 13
© Cned – Académie en ligneb) La présence d’une atmopshère dépend de deux
paramètres
Activité 5 Pratiquer une démarche scientifique
Document 8 Un article controversé
Cette photo, extraite d’un journal de 1969 était
accompagnée de l’article suivant :
« Le 20 juillet 1969, les astronautes Neil Armstrong
et Edwin Aldrin après être descendus de leur module
pour explorer la région de la Lune connue sous le
nom de « Mer de la tranquillité » plantent dans le
sol lunaire, foulé pour la première fois, un drapeau.
Celui-ci flotte dans la brise lunaire qui s’est levée
comme pour saluer cet événement ».
© NASA
Le problème La partie de cet article écrite en gras, a généré de nombreux commen-
à résoudre taires, certains avançant que ce n’était pas possible.
Qu’en est-il exactement ?
À l’aide des documents ci-dessous, vous devez trouver des données
scientifiques vous permettant de comprendre pourquoi l’auteur de l’arti-
cle n’était pas très rigoureux.
Étape 1 Exploiter les données d’un tableau pour formuler un constat
Document 9 Caractéristiques physiques de quelques planètes et satellites du sys-
tème solaire
Mercure Vénus Terre Lune Mars Titan1
Distance au Soleil
0,38 0,72 1 1 1,52 9,55
(en ua)
Diamètre à
4878 12104 12796 3476 6794 5120
l’équateur (en km)
Masse (en masse
0,055 0,82 1 0,012 0,10 0,02
terrestre)
Atmosphère
+ : présence +++ ++ ? Très ténue + ++
-
- : absence
1. Titan est un satellite de Saturne
14 Séquence 3 – SN20
© Cned – Académie en ligneQuestions Utilisez les données du tableau pour montrer que la masse d’un objet céleste
est un paramètre déterminant pour le maintient de son atmosphère.
Utilisez les données du tableau pour montrer que ce paramètre de
masse n’est pas le seul à agir.
Étape 2 Établir des relations logiques
Information n° 1 Information n° 2
La vitesse de libération est la vitesse nécessaire que Un corps céleste ne peut main-
doit posséder un objet, quelle que soit sa masse, tenir une atmosphère que si la
pour se soustraire à l’attraction de l’astre d’où il part. vitesse de déplacement des molé-
Cela s’applique aux engins que l’on envoie dans l’es- cules qui la composent est plus
pace mais également aux molécules de gaz. faible que la vitesse de libération
À la surface d’un astre, la vitesse de libération ou de l’astre en question.
d’évasion est donnée par la formule suivante : Or les gaz (C02, 02…) sont soumis
VL2 = 2GM/R. à une agitation perpétuelle qui
G est la constante gravitationnelle. Sa valeur est de dépend de la température. Leur agi-
6,6742×10-11 m3.kg-1.s-2. tation est faible à basse tempéra-
M la masse de l’astre en kg et R son rayon en m. ture et forte à température élevée.
Vitesse (km.s-1)
Information n° 3
Sur le graphique ci-dessous on a repré- 40
senté par une droite la variation de la Sa
vitesse d’agitation de différents gaz
en fonction de la température. On y a
20
ensuite positionné quelques planètes et Hy
satellites du système solaire en tenant dro
gè
Hé ne
compte de la température régnant à sa liu
Ve Te m
surface et la vitesse de libération calcu- 10
lée avec la formule précédente. Mé
Dio tha
xyg ne
Position des planètes
Dio èn
Lu : Lune xyd e
4 Me ed Ma
Ma : Mars ec
arb
Me : Mercure on Ti
e
Sa : Saturne Lu
Ti : Titan 2
Te : Terre
Température croissante
Ve : Vénus
En utilisant l’information n° 1
1, calculez les vitesses de libération des
différentes planètes et complétez le tableau.
Mercure Vénus Terre Mars Lune Titan
Masse en kg 3,27.1023 4,87.1024 5,98. 1024 6,4.1023 7,35.1022 1,3.1023
Rayon en m 243900 6052000 6398000 3397000 1738000 2560000
Vitesse de libération
en km.s-1
Séquence 3 – SN20 15
© Cned – Académie en ligne En utilisant les informations n° 2 et n° 3, expliquez pourquoi Titan
possède une atmosphère alors que le maintient d’une atmosphère
n’a pas été possible sur Mercure.
Expliquez l’absence d’hydrogène dans l’atmosphère terrestre.
Étape 2 Répondre au problème initial Aide à la réalisation
En utilisant les connaissances
Relire le problème initial
acquises au cours de cette acti-
vité, rédigez un texte argumenté Formuler la question scienti-
répondant au problème initial fique posée par cet article.
À retenir
Après leur formation, les planètes internes du système solaire et les satellites
ont expulsé des gaz qui, à l’origine, se trouvaient à l’intérieur des roches.
Pour former une atmosphère ces gaz doivent cependant pouvoir être rete-
nus par la planète ou le satellite.
Deux paramètres sont importants pour le maintien d’une atmosphère : la
masse de l’objet céleste et sa distance au Soleil qui influence sa température.
La planète Terre a une masse suffisamment élevée pour conserver une
atmosphère épaisse ; par contre Mercure est trop petite et trop proche du
Soleil pour en posséder une.
La Lune est à la même distance du Soleil que la Terre mais sa masse trop
faible ne lui permet pas de posséder une atmosphère.
3. L’eau liquide, une condition nécessaire à
l’apparition et au maintien de la vie
a) De l’eau tombée du ciel
Activité 6 Extraire des informations
Document 10 Histoires d‘eau
Dans le système solaire Et sur Terre ?
On trouve de l’eau partout dans La planète Terre possède de l’eau sous ses trois états.
le système solaire. On rencontre On la trouve sous forme vapeur dans l’atmosphère, sous
cette molécule (H20) sur certai- forme liquide à la surface de la terre ou au sein des orga-
nes planètes et astéroïdes mais nismes vivants et sous forme de glace aux pôles ou au
également dans les comètes. On sommet des montagnes.
la rencontre surtout sous forme La planète Terre est surnommée la planète bleue en
de glace, emprisonnée dans les raison de ses vastes étendues liquides ; pourtant
roches, ou sous forme gazeuse. l’eau ne représente que 0,025 % de la masse terres-
tre. L’eau représente 50 % de la masse des comètes
et 10 % de la masse de certains astéroïdes…
16 Séquence 3 – SN20
© Cned – Académie en ligneDes pluies diluviennes Comment l’eau est-elle apparue sur Terre ?
Après sa formation, progressivement, Les scientifiques ont longtemps pensé que l’eau avait
la Terre s’est refroidie. La vapeur d’eau une origine volcanique. Peu de temps après sa for-
présente dans l’atmosphère primitive mation, la terre aurait subi un dégazage intense par
a fini par se condenser en nuages don- volcanisme. Ce dégazage aurait libéré une grande
nant des pluies diluviennes. Ces pluies quantité de vapeur d’eau.
qui durèrent des millions d’années ont De nouvelles données sont venues infirmer ce scéna-
progressivement rempli les parties les rio et actuellement les scientifiques penchent plutôt
plus basses du globe donnant nais- en faveur d’une origine extraterrestre de l’eau.
sance aux océans.
Lors de sa formation, la Terre a été soumise à un
intense bombardement météoritique
comme l’atteste la présence de nom-
breux cratères sur la Lune ou Mercure
L’eau liquide et la vie
dont la surface n’a pas été remaniée.
Eau, milieu chimique Au cours de ces bombardements,
météorites et comètes auraient
L’eau liquide a été nécessaire à l’apparition de la vie car
apporté leur matière, principalement
les propriétés de la molécule d’eau permettent de nom-
de l’eau, sur Terre.
breuses réactions chimiques et ont favorisé l’assemblage
des premières molécules.
Eau, écran protecteur Recherchez dans les textes ci-
Le rayonnement UV émis par le soleil est nocif pour le dessus, les deux hypothèses avan-
vivant et l’atmosphère primitive ne possédait pas l’ozone cées par les chercheurs pour expli-
qu’elle possède aujourd’hui et qui nous protège des UV. quer l’origine de l’eau sur Terre.
Or l’eau absorbe les rayons ultra-violets ; les premières Sachant qu’un corps humain
formes de vie qui se sont développées dans les océans contient environ 65 % d’eau, cal-
ont donc été protégées. culez votre poids en eau.
La zone autour d’un astre où l’eau est liquide est la zone Citez 3 raisons qui font de la
d’habitabilité de cet astre. molécule d’eau, une molécule
essentielle pour l’apparition et le
maintient de la vie.
À retenir
Bien que l’eau soit très répandue dans le système Qu’est-ce qui permet à la
solaire, sa présence sous forme liquide est manifes- Terre de posséder de l’eau
tement rare. sous forme liquide ?
Or les chercheurs affirment qu’on ne peut, actuel-
Qu’en est-il sur les autres
lement, concevoir la vie sans la présence d’eau
liquide. planètes du système
solaire ?
Séquence 3 – SN20 17
© Cned – Académie en ligneb) La présence ou l’absence d’eau liquide est détermi-
née par des paramètres physiques
Activité 7 Raisonner. Extraire des informations
Document 11 Diagramme présentant les différents états de l’eau en fonction de la
température et de la pression.
Pression
(en Pa)
Fusion
106
Pression Solidification
atmosphérique 105
terrestre
104 Evaporation
Condensation
103
Sublimation
102
Condensation
101
-100 -10 0 10 100 Température
(en °C)
Questions Sur le document ci-dessus, indiquer dans les rectangles les termes
suivants : liquide, solide et gaz
a) Positionner sur le graphique ci-dessus les conditions de pression
et température que l’on trouve à la surface de Vénus, de la Terre et
Mars.
b) Compléter la 3e ligne du tableau.
Document 12 Pression et température de 3 planètes internes
Vénus Terre Mars
Pression au sol (Pa) 95.105 105 6.102
Température en °C
Extrême 450°C -80°C /50°C -70°C / 0°C
Moyenne 450°C 14°C - 50°C
États de l’eau
18 Séquence 3 – SN20
© Cned – Académie en ligne Comparez les planètes et dégagez la particularité de la planète Terre.
À retenir
Les propriétés de la molécule d’eau en font une molécule essentielle pour
l’apparition et le maintient de la vie
Les conditions de pression et température régnant à la surface de la Terre
rendent possible la présence d’eau sous forme liquide, solide et gazeuse.
Ces conditions ne sont pas actuellement pas réunies sur Mars et Vénus.
Cela ne signifie pas qu’elles ne l’aient pas été à un moment donné de l’his-
toire de ces planètes.
Se pose également la question de la présence d’eau liquide ailleurs dans
le système solaire voire sur une planète en orbite autour d’une autre étoile
que le Soleil.
4. La température, une donnée essentielle
contrôlée par plusieurs paramètres
La présence d’une atmosphère épaisse et une température clémente
permet à la Terre de posséder de l’eau liquide.
Nous avons démontré que la masse de la planète lui permettait de
conserver une atmosphère épaisse
Quels sont le(s) paramètre(s) qui détermine(nt) la température régnant
sur une planète ?
a) La distance au Soleil
Activité 8 Raisonner. Éprouver une hypothèse. Exploiter un modèle.
Communiquer. Exprimer des résultats sous forme graphique
Rappel Le Soleil, constitué d’hydrogène et d’hélium est le siège de réactions
thermonucléaires à l’origine de l’énergie solaire.
Il chauffe et éclaire tout le système solaire.
Les planètes ne reçoivent pas la même quantité d’énergie solaire
Pour répondre au problème, un groupe d’élèves a formulé une hypothèse.
« Le Soleil est l’étoile qui chauffe le système solaire. On peut donc poser
comme hypothèse que plus la planète est loin du Soleil et plus la tempé-
rature est basse car elle reçoit moins d’énergie. »
Un groupe d’élève a ajouté « qu’il y avait certainement proportionnalité
entre la distance planète-Soleil entre la planète et sa température ».
Séquence 3 – SN20 19
© Cned – Académie en ligneAfin d’apporter des éléments de réponse on cherche à établir expérimen-
talement comment varie l’énergie reçue en fonction de la distance à la
source d’énergie.
Pour cela, a été élaboré un dispositif que l’on qualifie d’analogique.
Point méthode : le modèle en sciences expérimentales
Le réel, objet d’étude des sciences expérimentales est com-
plexe. Pour comprendre ce réel, des modèles sont élaborés.
Le modèle n’est pas la réalité ; il simplifie cette réalité en fonc-
tion des hypothèses que l’expérimentateur souhaite éprouver,
des objectifs visés. Le modèle est donc une construction.
Chaque modèle a ses limites qu’il faut identifier et dont il faut
tenir compte pour ne pas confondre modèle et réalité.
Le matériel Une lampe.
Un luxmètre (que vous avez peut-être utilisé au collège) qui mesure
l’intensité lumineuse reçue en Lux. Ce luxmètre est fixé sur un support
mobile et gradué.
Le protocole
expérimental
Document 13 Schéma du dispositif expérimental
Questions Avant de lancer une expérience il faut s’interroger sur les résultats
attendus. Ces résultats attendus découlent de l’hypothèse formulée
au départ.
Complétez la phrase suivante :
Si l’hypothèse des élèves est juste alors je dois observer sur mon
graphique ................................................................................................................
20 Séquence 3 – SN20
© Cned – Académie en ligneDocument 14 Mesure des variations de l’intensité lumineuse en fonction de la distance
Les résultats Distance à la source (cm) Intensité lumineuse reçue (Lux)
obtenus 5 54000
10 30000
20 18000
30 12000
40 8400
50 6000
60 4800
70 3200
80 2300
90 1600
100 1200
110 800
120 580
130 410
140 390
150 380
Exploiter les Quel est le paramètre que l’on mesure ?
résultats
Quel est le paramètre que l’on fait varier au cours de cette expé-
rience ?
Représentez, sur une feuille de papier millimétré, la variation de l’in-
tensité lumineuse en fonction de la distance.
Décrivez le graphique obtenu.
Point méthode : décrire un graphique
Le travail de préparation.
• Chercher sur le graphique les points qui sont significatifs.
• Repérer l’allure générale de la courbe obtenue.
La rédaction.
• Indiquer ce qui est étudié au cours de cette expérience,
ce qui est mesuré.
• On n’écrit pas «la courbe monte ou descend». En effet,
c’est le paramètre mesuré qui augmente ou descend.
• Ponctuer la rédaction de données chiffrées significatives.
Séquence 3 – SN20 21
© Cned – Académie en ligne Rédigez une conclusion. Dans la conclusion, vous devez indiquer
dans quelle mesure les résultats obtenus sont conformes aux résul-
tats attendus.
Confronter le modèle à la réalité
Nous savons que la quantité d’énergie solaire reçue par une planète
varie en fonction de l’inverse du carré de la distance au Soleil.
En tenant compte de cet élément, les scientifiques ont établi un modèle
numérique qui permet de calculer la température prévisible sur une pla-
nète donnée.
On nomme température théorique la température ainsi calculée.
La température peut également être mesurée.
Document 15 Températures calculées et mesurées sur quelques planètes et satellites
du système solaire
Mercure Vénus Terre Lune Mars Titan
Distance au Soleil
0,387 0,723 1 1 1,524 10
(ua)
Température
140 40 -17 -18 -60 -210
théorique (°C)
Température réelle
moyenne à la 140 450 15 - 18 -50 -180
surface (°C)
En utilisant les données du Aide à la réalisation
tableau ci-dessus, montrez les
limites du modèle numérique. Comparer les résultats attendus
et les résultats obtenus.
En vous appuyant sur les
connaissances acquises au
cours des activités précédentes, proposez une hypothèse pour expli-
quer les différences constatées entre les températures calculées sui-
vant le modèle numérique et les températures mesurées.
b) L’atmosphère, un acteur essentiel de la température
Nous avons constaté que le modèle numérique fonctionnait bien pour
les planètes sans atmosphère mais pas pour les planètes possédant une
atmosphère.
Comment l’atmosphère pourrait-elle exercer une influence
sur la température régnant à la surface d’une planète ?
22 Séquence 3 – SN20
© Cned – Académie en ligne Une approche expérimentale
Activité 9 Afin d’apporter des éléments de réponse, on demande aux élèves de
réaliser une expérience.
L’objectif de cette expérience est de comparer la température d’un papier
noir au cours du temps, en présence ou en absence d’une enceinte de
verre.
Remarque Le papier noir a un fort pouvoir d’absorption. Le support isolant évite les
pertes thermiques.
Le matériel disponible est le suivant :
L’expérience • Support isolant
• Papier noir
• Lampe halogène
• Thermomètre
• Enceinte de verre
Point méthode : 3 Groupes d’élèves ont réalisé les montages réali-
expérimenter sés ci-dessous : montages A, B et C
Lors de la mise en œuvre Quel est le montage correct ? Entourez sur les
d’une expérience, on ne autres montages ce qui ne convient pas.
peut faire varier qu’un seul
paramètre. Les autres
paramètres doivent demeu-
rer constants.
Document 16 Les montages des élèves
Séquence 3 – SN20 23
© Cned – Académie en ligneÀ l’issue de l’expérience de 30 minutes, on obtient les résultats suivants :
Document 17 Les résultats obtenus
Température (°C)
30
2
25
20 1
15
10
5
0
0 10 20 30 Temps (min)
Donnez un titre à ce graphique
Exploitez le graphique
Étape 1 : Décrivez le graphique. (Voir point méthode précédent).
Étape 2 : Interprétez le graphique en utilisant les informations scien-
tifiques 1 et 2.
Point méthode : interpréter un graphique
– Vous devez établir des liens de causalité entre le facteur que
l’on a fait varier et le phénomène étudié.
– Vous devez apporter une explication cohérente au phénomène
étudié en utilisant vos connaissances ou des informations
scientifiques mises à votre disposition.
Information 1 Information 2
La vitre solaire est transparente au Tout corps qui s’échauffe émet un rayonnement électro-
rayonnement visible mais est opaque magnétique. Le type de rayonnement émis dépend de la
au rayonnement infrarouge. Opaque température atteinte.
signifiant qu’elle absorbe ce rayonne- Un corps à basse température émet dans le domaine de
ment et par conséquent s’échauffe. l’infrarouge.
Par exemple, un être humain dont la température est de
37°C émet des rayonnements infrarouges. Les infrarouges
n’étant pas perceptibles par l’œil humain, les corps à basse température ne peuvent
pas être vus la nuit sauf grâce à des caméras spéciales. Au contraire, le jour, éclairés
par lumière du soleil ils deviennent visibles car ils réfléchissent celle-ci.
On ne peut pas «voir» si le four d’une gazinière est chaud, alors qu’on «voit» si le gaz
brûle car une flamme est bien plus chaude (1000-1500°) qu’un four (100-300°).
24 Séquence 3 – SN20
© Cned – Académie en ligne L’effet de serre, un phénomène naturel
Le modèle réalisé ci-dessus permet de comprendre comment les rayons
infrarouge peuvent être absorbés par certains matériaux(le verre dans
notre expérience) et entraîner une augmentation de température.
Ce phénomène d’effet de serre peut-être l’explication de la température
anormalement élevée des planètes possédant une atmosphère.
Cependant, ce modèle a des limites.
Si on sait bien que la Terre n’est pas enfermée dans une énorme serre,
peut-être pouvons nous trouver des analogies permettant de compren-
dre la température terrestre.
Nous savons maintenant qu’un corps qui s’échauffe émet, à basse tem-
pérature, des rayonnements infrarouges.
La Terre chauffée par le rayonnement du Soleil va donc émettre des
rayonnements infrarouges. L’atmosphère terrestre est constituée de gaz.
Reste à trouver l’analogue de la plaque de verre…
Ce que l’on Les gaz de l’atmosphère pourraient-ils « jouer le rôle » de la
cherche plaque de verre de l’expérience précédente ?
Activité 11 Raisonner : saisir des données en relation avec le sujet. Adopter une
démarche explicative
Information 1
L’énergie associée au rayon-
nement solaire arrivant à la
surface d’une planete est nom-
mée flux solaire. Il s’exprime
en Watt.m-2
Nous savons que le rayon-
nement émis par un corps
dépend de sa température.
Ainsi le rayonnement qui nous
parvient de la surface du soleil
(6000°C) est principalement
composé de rayonnements
ultra-violets (UV), de lumière
visible et de proches infrarou-
ges soit des longueurs d’onde
comprises entre 0,1 et 4 μm
Le rayonnement émis par la
terre (15°C) est principalement
de type infrarouge moyen et
lointain (de 4 à 100 μm).
Séquence 3 – SN20 25
© Cned – Académie en ligneInformation 2
Chaque gaz peut être défini par son spectre d’absorption. Cela signifie que chaque type
de gaz peut absorber certains types de rayonnements, c’est-à-dire une certaine four-
chette de longueurs d’ondes.
Molécules Bandes d’absorption entre 2 et 30 μm
02 (dioxygène) Pas de bande d’absorption dans l’intervalle considéré
C02 (dioxyde 2 bandes d’absorption. L’une autour de 4,3 μm et l’autre autour de 15
carbone) μm
CH4 (méthane) Trois bandes d’absorption dans l’intervalle considéré.
L’une autour de 3,5 μm, une seconde autour de 4 μm et une troisième
autour de 7 μm
H20 (eau) Deux bandes d’absorption. Une bande autour de 3 μm, une seconde
autour de 6 μm .
N2 (diazote) Pas de bande d’absorption dans l’intervalle considéré
Information 3
Composition de l’atmosphère terrestre.
La quantité de vapeur d’eau est variable. Elle peut atteindre 4%.
Pour cette raison, la composition est donnée pour de l’air sec.
Outre la vapeur d’eau, les principaux gaz constituant l’atmosphère sont:
• Diazote (N2 ): 78,03 %
• Dioxygène (02) : 20,94%
• Argon (Ar) : 0,93 %
• Méthane (CH4) : 0,002%
• Dioxyde de carbone (C02) : 0,03%
En utilisant les informations scientifiques 1 et 2, indiquez quels sont
les gaz présents dans l’atmosphère terrestre qui n’absorbent pas les
rayonnements infrarouges émis par la terre.
En utilisant les informations scientifiques 1 et 2, indiquez quels sont
les gaz présents dans l’atmosphère terrestre qui peuvent absorber les
rayonnements infrarouges émis par la terre
Mettez en relation vos conclusions et la composition de l’atmosphère.
Que constatez-vous ?
En utilisant les connaissances acquises au cours de cette activité et
le schéma ci-dessous, expliquez pourquoi l’effet de serre permet une
température moyenne de 15°C
26 Séquence 3 – SN20
© Cned – Académie en ligneDocument 18 Le rayonnement solaire et l’effet de serre
À retenir
La distance au Soleil n’est pas le seul paramètre déterminant la tempé-
rature sur une planète. Cette dernière dépend également de la présence
d’une atmosphère et de la composition de celle-ci.
Sur la planète Terre, des gaz minoritaires (vapeur d’eau, C02) absorbent le
rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre.
Ce phénomène est l’effet de serre.
Il permet une température moyenne positive à la surface du globe et la
présence d’eau liquide.
L’effet de serre est donc un phénomène naturel mais l’homme, par ses acti-
vités, peut renforcer cet effet de serre.
Bilan du chapitre
Mercure ne possède pas d’atmosphère, Vénus est une véritable fournaise et
Mars un désert glacé. Comparées à celles des autres planètes telluriques, les
conditions sur la planète Terre semblent donc clémentes. Ces conditions doi-
vent être mises en relation avec des facteurs physiques et chimiques.
La masse de la planète Terre lui permet d’exercer une attraction suffisante
pour conserver une atmosphère contrairement à Mercure à la Lune ou même à
Mars à la surface de laquelle la pression atmosphérique est 600 fois inférieure
à celle régnant à la surface de la Terre.
La distance au Soleil et un effet de serre modéré permettent la présence d’eau
liquide contrairement à ce que l’on peut observer sur Vénus où l‘effet de serre
s’est emballé.
Ces conditions spécifiques à la Terre y ont permis l’apparition et le maintien de la vie.
Séquence 3 – SN20 27
© Cned – Académie en ligne2 La vie ailleurs
Pour s’interroger Des questions
Que chercher ?
Nous avons vu précédemment que la vie sur Terre
Où chercher ?
n’est possible que si certaines conditions sont rem-
plies, conditions physiques, de température par
exemple et conditions chimiques, présence d’eau par
exemple. Connaissant ces conditions, on peut sélec-
tionner les objets extra-terrestres susceptibles d’abri-
ter ou d’avoir abrité la vie.
Si cet évènement qu’est l’apparition de la vie a eu lieu
sur la planète Terre, il n’y a a-priori, aucune raison de
penser que cela n’ait pas pu se reproduire ailleurs
pour peu que les conditions y fussent favorables.
Cette recherche de vie extra-terrestre est l’objet d’une
discipline, l’exobiologie.
A Dans le système solaire
1. Dans la partie interne du système solaire
Activité 1 Raisonner : adopter une démarche explicative
Rappelez la définition du terme suivant : zone d’habitabilité.
Positionnez, sur le document 1, les planètes suivantes : Mercure,
Vénus et Mars. Vous devrez tenir compte de leur distance au Soleil en
ua. (Utilisez les données de l’activité 3)
Représentez cette zone d’habitabilité sur le document 1.
Les chercheurs estiment que la zone d’habitabilité dans le système
solaire se situe entre 0,95 ua et 1,5 ua.
Représentez cette zone d’habitabilité sur le document 1.
28 Séquence 3 – SN20
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